初中物理欧姆定律的应用综合题

某安全设备厂研发了一种新型抗压材料，要求对该材料能承受的撞击力进行测试。如图甲所示，材料样品（不计质量）平放在压力传感器上，闭合开关 $S$ ，将重物从样品正上方 $h=5m$ 处静止释放，撞击后重物和样品材料仍完好无损。从重物开始下落到撞击样品，并最终静止在样品上的过程中，电流表的示数 $I$ 随时间 $t$ 变化的图像如图乙所示，压力传感器的电阻 $R$ 随压力 $F$ 变化的图像如图丙所示。已知电源电压 $U=12V$ ，定值电阻 $R_0=10\Omega$ ，重物下落时空气阻力忽略不计。求：

（1）重物下落时，重物作 　　速直线运动，其重力势能转化为 　　能；

（2） $0~t_1$ 时间内，重物在空中下落，电流表示数是 　　 $A$ ，压力传感器的电阻是 　　 $\Omega$ ；

（3） $t_1~t_3$ 时间内，重物与样品撞击，通过电流表的最大电流是 　　 $A$ ，样品受到的最大撞击力是 　　 $N$ ；撞击后重物静止在样品上，定值电阻 $R_0$ 的功率是 　　 $W$ ；

（4）重物在空中下落的过程中，重力做功是多少？

小聪利用光敏电阻为社区设计了一种自动草坪灯，其工作原理如图所示。工作电路中有两盏规格均为"220V 44W"的灯泡L，天暗时灯自动发光，天亮时灯自动熄灭。控制电路中电源电压U恒为6V，定值电阻R ₀为200Ω。在一定范围内，光敏电阻R的阻值与光照强度E（光照强度E的单位为lx，光越强光照强度越大）之间存在一定关系，部分数据如表所示。电磁铁的线圈电阻忽略不计，当天色渐暗，通过线圈的电流为0.02A时，恰好启动工作电路的照明系统。试问：

光照强度E/lx	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0
光敏电阻R/Ω	120	60	40	30	24

（1）随着光照强度减小，光敏电阻R的阻值 　    　（选填"增大"或"减小"），电磁铁的磁性 　    　（选填"增强"或"减弱"），当光照强度减小到一定值时，衔铁会被 　    　（选填"吸下"或"释放"），照明系统启动。

（2）两盏灯均正常发光时，工作电路中的总电流是多少？

（3）照明系统恰好启动时，光敏电阻R的阻值为多少？此时光照强度为多少？

如图所示电路，电源电压保持不变，灯L标有"3V 0.6A"的字样，定值电阻R的阻值为10Ω。设灯丝电阻不变，求：

（1）灯丝电阻；

（2）当开关S ₁闭合、S ₂断开，电流表示数为0.2A时，灯L两端电压；

（3）当开关S ₁、S ₂均闭合时，定值电阻R消耗的电功率。

某科技小组的同学设计制作了一款自动控温烘干箱，箱内主要电路包括控制电路和工作电路，其原理图如图所示。控制电路电源电压为8V，R为变阻器，R_t为热敏电阻、R_t阻值与箱内气温关系如下表所示。工作电路电源电压为220V，R₀为电热丝，阻值恒为88Ω，M为电风扇，铭牌上标有“220V 20W”字样，其作用是使箱内空气均匀受热，红、绿指示灯用于分别指示电路加热、待机状态。当控制电路的电流达到0.025A时，衔铁被电磁铁吸住，工作电路处于待机状态，当控制电路电流减小到某值时，衔铁被释放，工作电路处于加热状态。

t/℃	30	40	50	60	70
Rt/Ω	305	245	200	170	150

（1）将控制电路中变阻器R的阻值调为120Ω时，箱内气温最高可达多少摄氏度？（电磁铁的线圈电阻不计）

（2）重新调节变阻器R，同时闭合开关S₁、S₂，箱内气温与时间关系如图乙所示，若电热丝R₀加热空气的效率为80%，衔铁每次被吸住的时长均为300s，箱内空气质量恒为2.2kg、比热容为1×10³J/（kg•℃）。求开关S₁、S₂闭合20min内，工作电路总共消耗的电能是多少焦耳？（控制电路、指示灯及电风扇M产生的电热均不计，指示灯消耗的电能不计）

如图所示，滑动变阻器 $R$的最大阻值为 $20\Omega$，将其滑片移到 $b$端，闭合开关 $S$，电流表的示数为 $0.3A$，小灯泡的实际功率为 $0.9W$，闭合开关 $S$，将滑动变阻器滑片移到 $a$端，小灯泡恰能正常发光。不考虑灯丝电阻的变化，电源电压恒定，求：

（1）小灯泡的阻值和电源电压；

（2）小灯泡的额定功率；

（3）滑动变阻器 $R$的最大功率。

我们在实验室常用如图，测量待测电阻 $R$的电阻值。小丽同学说：在电路中，电压表可以当成断路，电流表可以当成短路，根据欧姆定律得到 $R=\frac{U}{I}$，正确读出两个表的读数，就可以精确测量出待测电阻 $R$的电阻值。你认为这种说法是否正确？如果不正确，请判断测量值比真实值偏大还是偏小？通过学过的知识，解释偏大、偏小的原因。

某兴趣小组设计的“温度控制器”工作时有加热和恒温两种状态。电路如图甲所示， $S$为开关，双金属开关在温度低时闭合、温度到达一定值时自动断开，降温后再闭合，循环工作起到调节温度作用，指示灯的额定电压为 $200V$，且亮起即正常工作，发热电阻阻值为 $40\Omega$．求：

（1）当指示灯亮时，温度控制器处于　　状态。

（2）指示灯的电阻值。

（3）加热状态时，温度控制器所消耗的电功率。

（4）温度控制正常时，记录灯泡在一段时间内规律性亮灭情况如图乙，则温度控制器1小时所消耗的电能。

如图所示。电源电压 $6V$恒定不变， $R_1$阻值为 $15\Omega$，电流表量程为 $0~0.6A$。

（1）开关 $S$、 $S_1$都闭合，滑片 $P$不能移到 $a$端的原因是会造成电路　　（选填“通路”，“短路”或“断路” $)$；

（2）开关 $S$闭合、 $S_1$断开时，求电流表示数；

（3）开关 $S$、 $S_1$都闭合时，为了电流表不超量程，求变阻器 $R_2$连入电路的最小阻值。

如图所示电路，电源电压保持不变，滑动变阻器 $R$’的最大阻值为 $30\Omega$，小灯泡 $L$上标有“ $2.5W$”字样（忽略温度对灯泡电阻的影响）。

（1）滑片移至最右端，闭合开关后，电流表的示数为 $0.3A$，小灯泡的功率为 $0.9W$，求电源电压。

（2）将滑片移至某一位置时，电压表的示数为 $7V$，此时小灯泡正常发光，求小灯泡正常发光时的电流和电路的总功率。

（3）若把小灯泡换成一个定值电阻 $R$，假设电流流过电阻 $R$产生的热量为 $Q$、转化的电能为 $E$、做的功为 $W$，请写出这三个物理量的大小关系。

如图所示的电路，灯 $L$标有 $3.8V$字样，电源电压恒为 $6V$。

（1）当 $S_1$、 $S_2$均断开，滑片 $P$移至最左端时，电流表的示数为 $0.6A$，求电阻 $R_1$的阻值。

（2）当 $S_2$断开， $S_1$闭合，移动滑片 $P$使电流表的示数为 $0.38A$，灯正常发光：保持滑片不动， $S_1$断开、 $S_2$闭合，电流表的示数变为 $0.58A$，求灯的额定功率。

（3）当 $S_1$， $S_2$均断开，移动滑片 $P$在 $a$点时，滑动变阻器接入电路中的电阻为 $R_a$，滑动变阻器消耗的功率为 $P_a$；移动滑片 $P$在 $b$点时，滑动变阻器接入电路中的电阻为 $R_b$，滑动变阻器消耗的功率为 $P_b$，且 $R_b=4R_a$， $P_b=P_a$，求 $R_a$。

某白炽灯的电流与电压关系如图所示，白炽灯工作时灯丝要达到很高的温度才能发出白光。已知灯丝质量为 $1.5g$，比热容为 $c=0.14\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{°}\text{C}\right)$。求：

（1）灯丝的温度从 ${20}^{°}\text{C}$升高的 ${2020}^{°}\text{C}$，需要多少热量？

（2）上述过程中，若电能转化为热能的效率为 $80\%$，则灯泡消耗的电能是多少？

（3）要将此灯改装为一个调光台灯接入家庭电路，需要串联一个变阻器，灯泡的功率调到 $15W$时，该变阻器接入电路的阻值应为多大？

某家庭电路如图所示，空调上标有“ $220V$， $880W$”、电视机上标有“ $220V$， $220W$”的字样。求：

（1）电视机正常工作时，它的电流是多少？

（2）图中的两个用电器均正常工作时，电路中的总电阻是多少？

（3）若电视机所在支路发生短路其他支路的用电器　　（选填“能”或“不能” $)$正常工作。

甲、乙两地相距 $100\mathit{km}$，在甲、乙两地之间沿直线架设了两条用同种材料制成的粗细均匀的输电线，投入使用前，需要对输电线进行测试。技术人员在甲地用电源、电压表和电流表接成如图所示电路进行测试，当在乙地输电线两端接入阻值为 $10\Omega$的电阻时（图中未画出），电压表示数为 $5.0V$，电流表示数为 $0.10A$；保持电源电压不变，技术人员在某处将输电线线设置成短路（图中未画出），再次测试时，电流表示数为 $0.25A$．求：

（1）甲、乙两地间每条输电线的电阻值；

（2）短路位置离甲地的距离。

小王同学在科技创新活动中设计了一个可以测量金属滑片旋转角度的电路。如图1所示，把电阻丝 $\mathit{EF}$弯成半圆形（电阻丝的电阻与其长度成正比）， $O$为圆心， $\mathit{OP}$为一能够绕圆心 $O$转动的金属滑片， $P$与 $\mathit{EF}$接触良好。如图2所示， $A$为电流表（可选择 $A_1$：量程为 $100\mathit{mA}$、内阻 $r_1=4\Omega$或 $A_2$：量程为 $20\mathit{mA}$、内阻 $r_2=18\Omega )$； $R$为滑动变阻器，阻值变化范围为 $0~100\Omega$，保护电阻 $R_0=40\Omega$，理想电源电压 $U=1.5V$不变，电流表可看成一个能显示通过自身电流大小的定值电阻。

选择合适的电流表，把 $E$、 $O$两个接线柱分别与 $M$、 $N$相接，为了从电流表上直接读出 $\mathit{OP}$的旋转角度。请完成以下内容：

（1）连接好电路后，将 $\mathit{OP}$转到 $E$端，闭合开关 $S$，再调节滑动变阻器 $R$使电流表示数为最大刻度值，此时电流表指针所指位置处标注的读数是0度。则电流表应选择　　（选填“ $A_1$”或“ $A_2$” $)$

（2）保持滑动变阻器滑片位置不变，把 $\mathit{OP}$转到 $F$端，电流表的示数为 $7.5\mathit{mA}$，此时电流表指针所指的位置处标注的读数是180度，则电流表最大刻度的一半处应标注的读数是　　度；电流表刻度值为　　 $\mathit{mA}$处，应标注的读数是36度。

（3）在完成其它标注后，小王同学发现表盘新的 刻度值不均匀，为帮她解决这个问题，同学们用理想电压表设计了如下四个改进的电路，其中可行的两个是　　。

实验室有一个电学黑箱，其外形如图1所示，箱体外有四个接线柱，箱盖上有一个塑料滑块。小明请同组的同学一起探究其内部结构，实验室老师提醒他们，内部元件只有一个滑动变阻器和两个定值电阻。滑动变阻器只有两个接线柱接入电路。

经过讨论，全组的意见是：先制作一个探测器，把这个探测器分别与黑箱外的接线柱相连。再根据测出的数据，推测内部的连接情况。

（1）甲组的小李组装了探测器，如图2所示，其中电源电压为 $3V$，电流表量程为 $0-0.6A$．对于其中阻值为 $5\Omega$的电阻 $R$，你认为它的作用是　　。

同学们把探测器的 $E$、 $F$端分别与黑箱的接线柱连接，闭合开关，移动滑块，记下的数据如表：

测试次数	与 $E$、 $F$连接的接线柱	电流表示数 $/A$
第1次	$A$、 $B$	$0.25~0.5$
第2次	$A$、 $C$	$0.12~0.2$
第3次	$A$、 $D$	$0.15~0.3$
第4次	$B$、 $C$	0.2
第5次	$B$、 $D$	0.3
第6次	$C$、 $D$	0.15

（2）在前三次测试中，只有一次未将滑动变阻器调到阻值最大、最小位置。是第　　次。

（3）滑动变阻器的最大阻值为　　；

（4）请在图3中作出箱内各元件连接电路图，并在定值电阻旁标明其阻值。